羟基分子标记示踪速度测量中的强振动干扰抑制

针对在发动机实验环境中羟基分子标记示踪速度测量技术受到的强振动干扰问题,通过实验研究分析了标记激光与不同流场作用时产生的辐射光谱特性,设计了在实验中同时拍摄标记基准图像和移动图像的振动干扰抑制方法。对于一般流场,在实验中实时拍摄标记激光瑞利散射作为标记基准图像,而对于含有煤油大分子碳氢燃料的流场甚至是CH_4燃烧场,用标记激光诱导燃料在OH荧光辐射波段的辐射光作为标记基准图像。在超燃发动机的速度测量应用尝试表明,两种方案均可以达到抑制振动的目的。在相对干净的流场区域,前者得到的标记激光图像会受到壁面散射等干扰,基准位置提取不确定度约为0.06mm。在流场中未燃燃料含量比较丰富的区域,后者能够得到清晰的标记基准图像,基准位置提取不确定度可以降至0.03mm,与采用平均方法得到的基准位置提取不确定度相当。     

离心叶轮机械有叶扩压器内部流动的PIV测量

以离心风机为研究对象,设计构建了用于内部流场激光测量的离心风机试验台,离心风机全部由透明度较高的材料制成。对PIV技术测量叶轮机械内部流动的应用进行了探索和实践,合理设置系统光路,优化筛选PIV示踪粒子和PIV双曝光时间间隔,最后采用PIV测量技术详细测量了某一运行工况下有叶扩压器的内部流场,给出了有叶扩压器不同轴向位置处流场的试验测量结果,并简要讨论了有叶扩压器的内部流动。     

基于卷积神经网络的汉字编码标记点检测识别

近景摄影测量中采用的标记点要求具有唯一身份号并能在图像中被精确识别定位。设计了一种以汉字作为编码特征的编码标记点,提出了一种基于卷积神经网络的编码标记点检测识别方法。首先采用基于相机成像原理的虚拟相机法,自动生成大量汉字编码点模拟图像作为训练样本,并据此训练卷积神经网络成为汉字编码点识别网络。根据一系列编码点筛选准则分割得到实拍汉字编码点,然后用编码点识别网络对其身份号进行识别,最后通过中心定位算法定位编码点中心。实验结果表明构建的识别网络对汉字编码点识别率可达97. 67%,且受噪声、投影角度、图像对比度、亮度等因素的影响小;分割算法鲁棒性强,能准确分割出汉字编码点;中心定位算法对编码点中心的定位精度高。     

基于几何特性的摄影测量标记点信息处理方法

介绍了用于逆向工程的近景摄影测量中数字图像处理的一般过程.使用基于圆形几何特性的形状因子判据进行标记点中心圆点的识别.提出一种利用图像连通域归一化面积、质心间连线夹角等信息的解码算法.这种基于编码标记点图案的几何构成规律的算法具有直观、简单的特点.     

基于激光扫描的桁架结构测量技术研究

为实现桁架结构空间位置的定位和测量,提出并验证一种基于激光扫描测距技术的桁架结构特征信息提取方法。利用激光脉冲在一维方向上进行点云扫描,探测并处理回波信号,获得结构的特征信息。实验结果表明:激光扫描测量方式在20 m范围内,木板的尺寸识别误差在15.5 mm以内,两种模拟结构的识别特征点与真实点偏差范围在5.28%以内,其中横坐标偏差最大为5.28%,纵坐标偏差最大为0.38%,以及识别的直线段参数与真实位置偏差最大为5.63%,结果满足测量精度的要求,验证了该测量方式的有效性。     

并行流水线实现的多红外标志点实时标记与识别新方法

提出了一种FPGA实现的实时标记与识别多个红外标志点的方法.针对红外标志点所形成的连通域特点,提出对应的扫描窗口以及减少等价表处理量的办法.通过使用并行流水线完成图像平滑滤波、阈值处理、初次标记、二次扫描以及重心解算等一系列操作,实现了在不同照度环境下对多个红外标志点目标的实时标记和二维位置识别.实验结果表明原始图像数据与处理结果之间只有4个像素时钟的延迟,识别精度精确到亚像素,能够满足医学手术导航等埘实时性要求高的应用场合要求.     

隔离段内激波位置对TDLAS测量结果影响规律研究

可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)可以实现流场多组分、多参数的测量,具有其极强的环境适应性,可以用于超燃冲压发动机流场测量。为了研究超燃冲压发动机流场中激波对TDLAS测量的影响,利用计算流体力学方法(CFD)模拟了四种马赫数条件下的斜坡流场分布,采用双谱线测温法获得垂直于流道方向每条光线的平均温度。分析了温度测量结果与激波分布的关系,给出了TDLAS光学探头测量位置的建议。本文得到的结论对TDLAS工程应用和测量结果分析具有重要的参考意义。     

轴流泵出口流场的实验研究与数值模拟

首先对轴流泵进行了性能实验,然后利用PIV（PaIticle Image Velocimetry,粒子示踪测速仪）测量技术在3个不同工况下对轴流泵叶轮的出口流场进行了测量,得到出口回流和旋涡结构。基于Navier-Stokes方程组和标准k-ε模型,采用SIMPLEC算法对轴流泵叶轮内流场进行数值模拟。计算得到泵的性能曲线与性能实验获得的结果比较吻合,并将计算得到的出口流场速度分布和PIV测量结果进行了比较,两者能较好的符合,从而证明了数值计算的有效性和准确性。进而分析了轴流泵不同流量工况下造成效率降低的原因,得知叶根出口位置的回流随着流量的增加而减少。本结果可以为轴流泵的内流分析和叶轮设计提供参考依据。     

基于激光分光技术的挤压中心在线监测系统

针对大型挤压机多部件挤压中心对中及在线位置监测要求,介绍了基于双激光光路基准在线监测系统的测量原理、系统组成、光路分布、分光技术的实现,设计了位置信号获取方案及集成分光光电信号转换装置.     

用于晶圆键合的对准标记定位算法

对准标记精确定位是晶圆键合精度实现的关键,为了提高对准标记定位算法的精度、实时性及适应性,提出了一种基于 边缘检测拟合定位的高精度对准标记定位算法。 该方法结合分级金字塔模型对对准标记进行逐级定位,获得像素级的目标区 域粗定位结果,根据目标区域粗定位结果,结合 Canny 检测器与改进的高斯拟合法,对对准标记的亚像素轮廓进行拟合,在此基 础上结合中心对称的对准标记特征,利用改进后的最小二乘法快速拟合对准标记的中心位置,实现对准标记的精确定位。 通过 实验验证了该方法的有效性,实验结果表明,提出的对准标记定位算法在快速定位目标区域的同时,可实现约 0. 06 μm 的重复 定位误差,满足了晶圆键合对准的精度、实时性和适应性的需求。     

融合改进 YOLOv5 算法的图像全站仪全自动测量方法

针对图像全站仪在无棱镜合作工作模式下无法实现目标点全自动测量的问题,提出一种融合改进YOLOv5算法的图像全站仪全自动测量方法。应用融合卷积注意力机制模块的YOLOv5算法,实现了反射片靶标的广角镜头识别与检测;应用目标自动照准算法,实现了反射片靶标中心的长焦镜头精确照准,进而实现目标点位置坐标的全自动测量。借助自研的图像全站仪开展了反射片靶标的识别与检测实验和目标点全自动测量实验。实验结果表明,利用改进的YOLOv5算法对反射片靶标的识别与检测的准确率可达98.65%;目标点全自动测量方法具有与人工照准测量方法相当的测量精度且测量效率较后者提高了1.5倍。所提方法具有较高的测量精度和测量效率,可广泛应用于无人值守的全自动测量工作场合。     

基于普通摄像系统及标记点的人体上肢运动分析

使用基于普通摄像机的多维摄像系统,实现了基于体表标记点测量方法的上肢关节运动分析.根据RBA理论,建立了7自由度上肢运动模型.利用重构得到的标记点的空间数据,获得空间运动参数,建立了关节坐标系,并提出关节转角的计算方法.     

单光源双光路激光并行共焦测量系统设计

针对传统激光并行共焦测量过程中存在的泰伯效应,提出将数字微镜器件（DMD）引入激光并行共焦测量系统来正确辨识正焦面的位置。采用了DMD作为光分束器件,从理论上验证了它是一种投影式的阵列光源,对激光分束后不会在光路方向上产生泰伯像;同时,考虑DMD不能对分束后的光线产生会聚作用,并非高效的并行光源分束器件,本文将DMD与微透镜阵列(MLA)结合构建了单光源双光路并行共焦测量系统。该系统利用DMD光路探测正焦面位置,利用微透镜阵列光路进行精确的共焦测量。实验结果表明,两种光路下的正焦面位置仅相差2 μm,在一个泰伯间距范围之内,可以较好地克服泰伯效应对激光并行共焦测量的影响,进而保证较高精度的并行共焦测量。     

离心泵叶轮变转速工况的内部流动测量

本文利用可视化的激光粒子成像测速技术(PIV)使用自制的同步器对离心泵叶轮的变转速工况进行了内部流场的速度测量。获得了变转速工况下试验测量区域的速度分布。测量结果显示在变转速工况下,扬程随转速的变化而变化。高转速的速度比低转速的速度数值要大,但速度的方向和分布相似。     

矿井瓦斯/空气预混气体爆燃的激光纹影测试系统设计

为了准确地获取矿井瓦斯/空气预混气体爆燃流场的内部微观结构信息,能够从基元反应层面认识爆燃流场的演化过程以及惰性介质阻燃剂抑制作用的机理,在已经建成的中尺度激波管道上继续搭建高速激光纹影测试系统,结合实验室几何空间约束条件,提出纹影测试系统"Z"字型光路的设计方案。以激光纹影系统代替传统的压力火焰测试系统,将爆燃流场的研究重心从宏观的单一点源信息向微观的多重结构信息转化。研究表明,在60,100,125,212ms时火焰阵面的化学反应变强,伴随着产生了冲击波,在75ms左右火焰发生断裂,该点处的压力下降,325ms火焰阵面扫过该测点以后,压力迅速下降。该结果为寻求预混气体爆燃高速摄影、压力火焰速度测试手段之外的方法提供了新的研究思路。     

基于相干反斯托克斯拉曼散射的二维温度场扫描测量

开展了基于相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)技术的二维温度场扫描测量研究。通过同步扫描测量点及信号接收端的方式,实验测量了甲烷/空气预混火焰水平截面离散点的温度,并插值重建了二维温度场;用同步扫描法调节测量点与火焰的位置,实现了在扫描过程中对火焰同一空间位置的温度测量,排除了火焰空间分布不均匀性对扫描测温结果的附加影响。最后分析了提出的扫描CARS测量系统在实验设定状态下的扫描测温A类不确定度。结果显示:在扫描测量同一空间位置的实验中,测得该点平均温度为2 074K;测温A类不确定度优于21K。本研究量化了扫描CARS温度测量系统的不确定度,提高了扫描温度测量结果的可信度,为后续稳态火焰温度分布高精度测量、计算机流体动力学(CFD)模拟验证及燃烧基本问题研究奠定了实验基础。     

利用平面激光诱导荧光技术及CH滤镜测量微喷管射流火焰OH及CH基元

微射流火焰形貌观测及火焰中重要基元的准确测量,对利用微尺度火焰燃烧特性研制开发微型燃烧动力系统具有重要意义。本文建立了微喷管射流火焰实验及光学测量系统,对H_2和CH_4微射流火焰进行了实验研究,测量了两种重要基元(CH,OH)的空间分布。首先,探索了相机曝光时间对H_2微射流火焰成像的影响,得到了不同流速下H_2微射流火焰形貌的变化规律。其次,采用平面激光诱导荧光测量技术得到了不同燃料流速下H_2及CH_4微射流火焰中OH基元分布,同时还利用单反相机加CH滤镜通过长时间曝光(30s)的方法获得了CH_4微射流火焰中CH基元的分布。结果表明,火焰图像清晰度随曝光时间增加提高,曝光时间30s时可获得H_2微射流火焰的清晰照片;采用分辨率2 048×2 048的ICCD相机可获得微尺度火焰OH基元分布的清晰图像。微射流火焰形貌及重要基元的实验结果表明相关数值计算方法准确可靠。     

激光光谱技术在燃烧流场诊断中的应用

介绍了用于燃烧流场诊断的激光光谱技术的研究进展,叙述了相干反斯托克斯喇曼散射、自发振动喇曼散射、激光诱导荧光、分子滤波瑞利散射、可调谐二极管激光吸收光谱等技术的基本原理及其实验系统.给出并分析了激光光谱技术对预混火焰稳态燃烧场和固体燃剂瞬态燃烧场的温度、主要组分及浓度、流场密度和火焰构造测试的实验结果.实验结果表明,基...     

一种自动检测PIV数据中误矢量的算法

采用Delaunay网格技术,从流体的连续性出发提出一种新的自动检测PIV(粒子图像测速)数据中误矢量的算法。通过对固体旋转涡流场的计算机模拟,对该方法进行了检验。结果表明,该方法能准确地进行误矢量的识别,同时采用Delaunay网格技术可以对删除点进行插值,得到全流场的瞬态速度矢量。最后将该算法运用于真实的试验流场测量。     

微间隙焊缝磁光成像卡尔曼滤波跟踪算法

在激光对接焊过程中,实时控制激光束准确对中焊缝是保证焊接质量的前提。针对紧密对接激光焊,研究一种用于微间隙(不大于0.1 mm)焊缝位置识别及跟踪的磁光成像卡尔曼滤波算法。采用磁光传感器实时获取焊接区域的微间隙焊缝磁光图像序列,利用微间隙焊缝磁光图像的灰度梯度特征提取焊缝位置坐标。以焊缝位置及位移量构成状态矢量,建立描述焊缝位置的状态方程和测量方程。同时,假设系统动态噪声和测量噪声为零均值随机分布的高斯白噪声,建立噪声环境下的卡尔曼滤波跟踪算法,计算最小均方差条件下焊缝中心最优预测值,减小系统噪声和过程噪声对焊缝位置测量的影响。试验结果显示,该方法能有效实现激光对接焊微间隙焊缝位置的识别与跟踪。